模拟电子技术基础 第1章 电子系统概述

1、1.1电力系统和电子系统1.2信号及其频谱1.3电子系统构成框图1.4电子技术及其发展概要，第一章在学习了电子系统的概要后，读者对实际两个电路系统：电力系统和电子系统的主要功能了解了信号的概念，典型信号的谱电子系统的结构框图电子技术及其发展的1.1电力系统和电子系统，实际电路系统主要是电力系统和电子系统。 电力系统的主要作用：实现电力的生产、转换、传输、分配和使用。 电力系统是由发电站、输电网、配电网和电力用户构成的整体，是将一次能源转换成电力，输送给用户，进行分配的统一系统。 发电站：用发电机等设备将一次能量转换成电能。 水利发电站：水势电能，火力发电站：化学能源(燃烧煤、石油等)电能，核电

2、站：原子能电能。 电网和配电网由电力变压器、电力线路、电力开关设备和电力电容器等组成，是跨越广大地理区域的巨大电路。 变电站：变压器、电容器、电力开关设备、输电线路：杆塔、绝缘子、导线、发电站生产的电力通过电网和配电网将电力输送分配给用户的电气设备(电动机、家电设备和照明等设备)，完成电力从生产到使用的全过程。 到达用户的单相正弦配电电压为220V、50Hz，三相正弦配电电压为380V、50Hz。 电力系统为工业、农业和社会生活的电气化确立了坚实的物质基础，诞生了为电力系统服务的电气工程学学科。 另外，电子系统由电子电路和传输介质构成，是完成特定功能的整体。 电子电路由电子元件构成，是实现特定

3、功能的电路。 另外，电子系统由电子电路和传输介质构成，是完成特定功能的整体。 另外，计算机板与电力系统的处理能不同，电子系统的主要作用是实现电信号的生成、获取、放大、转换、传输、识别和应用等功能(或部分功能)，处理对象是电信号。 信号是随时间变化的某个物理量，是信息的表现形式和传输介质。 例如，体温反映人的健康信息，体温37oC表示健康，38oC表示轻病。 另外，通常，由电子系统来处理电信号(电压、电流)比其他方式(机械方式等)容易，成本低，可靠性高，所以通常将各种非电信号转换成电信号来处理。 因此，电子系统成为信息化社会的物质基础，例如通信系统、电视系统、计算机系统、产业控制系统等。 举例来

4、说，有线放大器系统、传感器(或换能器)为将非电信号转换成电压或电流信号的电子系统的实际信号源之一。 音频放大器：实现电压和功率放大的电子电路。电压(弱)、电压(强)、声(强)、声(弱)、致动器：将电信号返回原来的非电信号的部件，影响物理世界。 通常用电阻模拟，作为电子系统的负载。 end、1.2信号及其频谱、信号是根据时间而变化的某一物理量，是信息的表现形式和传输介质。 传感器作为电子系统的实际信号源，与电压源或电流源等效，是时间的函数。 如果电压(或电流)可在某个值范围内连续地取值，那么1.2.1信号和1.2.1信号的频谱被称为连续信号或模拟信号。 举例来说，电压可为时间的正弦函数，且如果电

5、压(或电流)在给定值域内且仅是单位量的整数倍，那么可将值域： -Vm，Vm称为离散信号或数字信号。 例如，单位量为1mV，数字电压信号的振幅只能为0 mV、1mV、2 mV、n mV。模拟信号、二值数字信号、模拟电路是处理模拟信号的电子电路，是模拟电子技术的基础研究的主要内容。 数字电路是处理数字信号的电子电路。模拟到数字转换器(ADC )是将模拟信号转换为数字信号的电子电路。 数模转换电路(DAC )把数字信号转换成模拟信号的电子电路称为通常，数模转换电路、数模转换电路、数模转换电路是数字电子技术基础研究的主要内容。 end、1.2.2信号的频谱、信号载波的重要信息之一是其频谱信息。 正弦波

6、信号经常用作模拟电路的标准信号和测试信号。 振幅频谱：信号振幅和频率的关系相位频谱：信号相位和频率的关系振幅频谱和相位频谱统称为信号的频谱。 1 .周期信号的频谱，如果信号是时间的周期函数则称为周期信号。 如果周期信号满足目录条件(Dirichlets Condition )，则可以将T-信号的周期、-信号的频率展开为傅立叶级数。 狄里赫利条件：在任意周期内绝对能积，即，在任意周期内只有有限的极值在任意周期内只有有限的不连续点，求出直流成分、n=1-基波成分、n1-高次谐波成分、交流成分，例如电压周期方波信号的傅立叶级数。 解：周期电压信号作用于电阻r的平均功率p，v是电压信号的有效值，总平均

7、功率等于各成分的平均功率之和。 是每个正弦波的有效值。 因此，信号的幅度频谱反映信号的功率分布，是信号最重要的特性之一。 当周期t变为无限大时，周期信号变化为非周期信号。 因此，非周期信号的角频率0=2/T无限小，信号的频谱在角频率轴上连续地分布。 2 .如果模拟信号绝对地能与非周期信号的频谱相乘，则在非周期信号的频谱中存在傅立叶变换对象：V(j)或非周期信号的频谱。 这里，V(j)是相位频谱，|V(j)|是振幅频谱，|V(j)|2是功率谱。 电压单脉冲信号的频谱：解：振幅频谱连续地分布，脉冲宽度(2)越窄，高频分量越多的频谱宽度与脉冲宽度和脉冲宽度的积(VS )成比例。 在工程实际上，信号的

8、作用期间通常是有限的，满足绝对可积条件，信号的频谱总是存在的。 例如，音频信号的频谱在20Hz、20kHz范围内连续分布。 影响工程实际问题的信号被称为有用信号(有效信号)，并且通常限制了有用信号的频谱范围。 表1.2.2典型的信号的频率范围处于电子电路或非常复杂的电磁环境中。 因此，不仅是有用的信号，在工程的实际问题上也存在噪声信号。 3、干扰和噪声信号的频谱、自然界的雷、电力输电线、电台和电视台、电机停止等发生的电磁现象必然在电子电路中产生电压和电流脉冲信号，它们在电子电路的正常运行中被称为干扰信号，其频谱分布与单脉冲信号类似，含有丰富的高频成分噪声是由电子不规则的运动引起的有用信号的扰动

9、。 例如，电阻材料中电子经常做不规则的热运动，由外部电压产生的定向运动电流形成干扰电流。 -热噪声。 如果有用的信号远大于噪声，那么可忽略噪声信号。 相反，有用的信号被噪声信号埋没。 因此，噪声信号限制了电子系统可以处理的最小信号。 另外，评估信号的优劣的指标被定义为信噪比S/N，即有用信号的功率与噪声信号的功率之比。 信噪比越大信号越好。 为了评估电子系统的噪声和对噪声的抑制能力，输出信号的信噪比(S/N)o除以输入信号的信噪比(S/N)i，商越大，抑制能力就越强。 end、1.3电子系统构成框图，传感器将工程实际参与的物理量转换成电信号。 为了避免影响物理量，传感器的能量较小，输出的电信号

10、弱(例如微伏特级或毫安级的电压)，信号涉及噪声信号。 信号预处理包括信号幅度的放大和噪声信号的去除。信号处理操作：信号的放大、运算(加法、减法、乘法、积分、微分等)、各种函数转换、频谱转换、逻辑运算等。 理论上，各种信号处理操作可以模拟或数字实现。 驱动器电信号回到某物理量，实现工程的实际操作。end、1.4电子技术及其发展概况、电子学和电子技术是研究电子器件、电子电路及其应用的科学和技术。 在电力系统中，主要利用电子在金属中的运动规律构成电能的生产、运输和使用等电气设备。 此外，电子装置是利用电子的真空或半导体中的运动规则构成特定功能的装置。 现在，半导体器件是电子器件的主体，包含半导体二极

11、管、晶体管、集成电路等。 电子电路广泛应用于通信、计算机、自动控制、广播电视、遥感和遥测等项目，形成了相对独立的电子工程系统。 电气工程和电子工程的诞生取决于许多科学巨人独创的研究成果。 库仑(Coulomb，17361806，法国):库仑定律。 库仑定律把电磁场的研究从定性推进到了定量阶段。 安培(Ampere，1775 -1836，法国):安培定律、安培定律、分子电流等。 本书电动力学现象的数学理论。 欧姆(Ohm，1787-1854，德国):金属导电定律的测定论文论述了欧姆定律。 奥斯特(Oersted，1777 -1851，丹麦):电流磁效应。 高斯(Gauss，1777-1855，德

12、国):高斯磁力计发明了第一个电话电报系统。 在数学方面作出了很大的贡献。 法拉第(Faraday，1791-1867，英国):磁电感应。 亨利(亨利，1797-1878，美国):发现自我感觉。 研究电磁中继理论是电报的基础。 麦克斯韦(Maxwell，1831-1879，英国):麦克斯韦方程提出了统一的电磁理论。 预测了电磁波在空间中传播和光是电磁波。 赫兹(Hertz，1857-1894，德国):1888年，火花间隙振荡器产生电磁波(赫兹波)，证实了麦克斯韦的预测。 马可(Marconi，1874-1937，意大利):1896年，发射赫兹波，2英里外检测到赫兹波，出现了无线电电报。 在研究有

13、效地进行无线通信的过程中，电子技术时代悄然到来，洛伦兹(Lorentz，1853-1928) :1895年，假设电子存在。 汤普森(Thompson，1856-1940): 1897年，通过实验发现了电子。 弗莱明(j.a .弗莱明，1849-1945) :1904年发明了检测微弱无线信号(电磁波)的真空电子二极管(diode )。 森林(Forest，1873-1961) :1906年，发明了具有放大作用的真空电子晶体管。 此后，近半个世纪来，真空电子设备广泛应用于无线通信，广泛应用于无线广播、电视、计算机等工程领域。 世界上第一台数字计算机是1946年在美国开发的，IBM公司命名为ENIA

14、C (电子商务电脑，ENIAC )。 这台计算机使用18800个电子管，占地面积170平方米，重量30吨，功耗140千瓦，价格在40万美元以上。 可以进行每秒5000次的加法和减法，将计算弹道的时间缩短为30秒。 ENIAC服务了九年。 1947年底，美国贝尔研究所的肖克莱(Shockley，1910-1989 )、布拉顿(Brattain，1902-1987 )和巴登(Bardeen，1908-1991 )发明了晶体管。 真空管制造复杂，成本高，体积大，功耗大。 在很多领域电子管已被晶体管取代，真空管时代结束，晶体管时代诞生了。 三人也发明了晶体管，获得了1956年的诺贝尔物理学奖。 195

15、8年，美国基尔比(Kilby，1923-2005 )和噪音(Noyce，1927-1990 )以几个月的间隔发明了集成电路(IC )。 第一个锗材料集成电路放大器。 标志着电子技术向作为新阶段的微电子时代(Microelectronics )发展。基尔比也发明了集成电路，在2000年获得了诺贝尔物理学奖。 集成电路技术通过一系列特定的加工技术，将电子电路“集成制造”到一个半导体晶片上，执行特定的电路和系统功能。 集成电路实现了材料、元件、电路三者之间的统一。 优点：成本低，功耗小，工作速度快，可靠性高，体积小。 集成电路的规模：英特尔处理器中包含的集成管的数量：摩尔定律：摩尔(moore，1929-)在1965年提出，并且可以容纳在集成电路中的晶